一种单侧集中进流竖井溢洪道的整流结构的制作方法

本技术涉及水利工程泄水建筑物结构设计，尤其涉及一种单侧集中进流竖井溢洪道的整流结构。

背景技术：

1、水利工程泄水建筑物的设计在水利工程建设中具有重要意义，尤其是在狭窄地形条件下竖井溢洪道的流态优化问题更为突出。传统竖井溢洪道在单侧集中进流的情况下，如黄土坮塬地区受地形限制时，库区范围通常较为狭窄，库井比d/d0往往小于或等于2.0。在此类工程中，通常采用单一分流墩或不设置整流措施的方式进行设计。然而，这种方式存在显著的技术缺陷。单侧进流容易导致库区形成顺时针或逆时针方向的旋流，这种旋流不仅会降低环形堰的泄流能力，还会引发壅水风险，使库区水位上升并贴井壁下泄，从而增加引渠壅水和溢流的可能性。此外，分流墩单独使用时，其后方空腔可能引发负压效应，最高负压值可达-16878 pa，进一步加剧结构的空蚀破坏。同时，由于旋流及流动惯性的影响，环形溢流堰各部位流量分配极差可达15%以上，显著降低了泄洪效率。现有技术中的分流墩无法有效消除来流的动能，水流仍会沿井壁旋转，且缺乏与消能整流措施的协同作用，难以满足实际工程需求。因此，针对单侧集中进流竖井溢洪道存在的旋流严重、壅水风险高、流量分配不均以及结构空蚀等问题，亟需一种能够有效整流和消能的结构设计，以提高环形堰的泄流能力和整体工程的安全性与经济性。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有单侧集中进流竖井溢洪道设计中存在的旋流、壅水及流量分配不均等问题，提出了一种通过消能结构与整流结构协同优化的解决方案。所述问题尤其在狭窄地形条件下显著，例如黄土坮塬地区，传统设计方案无法有效消除库区内的旋流现象，导致环形堰泄流能力下降，并伴随引渠壅水和负压空蚀风险。

2、本实用新型提供了一种单侧集中进流竖井溢洪道的整流结构，其包括环形堰、进流槽、泄流管、消能结构以及整流结构。其中，所述环形堰位于整个结构的中心位置，呈圆形，作为水流的主要通道；所述进流槽设置于环形堰的一侧，用于引导水流进入环形堰内；所述泄流管设置于环形堰的下端中部，用于将水流排出。进一步地，所述环形堰内底部设置有消能结构和整流结构，以实现对水流的分散、减速和均匀分布。

3、所述消能结构由多个消能墩组成，多个消能墩均匀分布并设置于环形堰内的底部，且位于进流槽的出口位置。特别地，所述消能墩的数量优选为五个，其中两个消能墩靠近进流槽的出口位置，另外三个消能墩位于两个消能墩之间的间隙出水一侧。进一步地，所述消能墩头部采用楔形结构，楔形头部的倾角范围为15°至30°，用以分散冲击水流的动能并降低水流贴壁旋转的风险。所述消能墩的尺寸为其来流宽度的1/3至1/2，高度为设计水深的0.6至0.8倍，确保对来流动能的有效削减。

4、所述整流结构由多个整流墩组成，多个整流墩均匀分布并环形设置于环形堰内的底部，环绕布置于泄流管的入口位置。其中，所述整流墩的数量根据实际工况选择为4个、6个或8个，依据对称性原则分布。进一步地，所述整流墩的间距通过流速优化设置，确保各流道流量分配极差不超过5%。特别地，所述整流墩的高度与环形堰的堰顶齐平，从而形成均匀的水流路径，避免水流在环形堰内的不均匀分布。

5、本实用新型的技术方案通过消能墩与整流墩的协同作用，实现了对单侧集中进流条件下水流流态的优化。具体而言，所述消能墩布置于来流方向，通过楔形头部结构分散冲击水流，减少水流动能，避免水流贴壁旋转，从而消除旋流现象。进一步地，所述整流墩沿环形堰周向均匀布置，优化了水流路径，使水流在环形堰内的流动更加均匀，避免了流量分配不均的问题。特别地，消能墩与整流墩的协同作用彻底消除了单侧集中进流产生的较大动能和旋流，使水流均匀顺利进入溢流竖井，避免了壅水风险和负压空蚀现象。

6、为实现上述技术效果，本实用新型的具体实施方式中，消能墩和整流墩的设计参数需根据实际工况进行调整。例如，在最优工况条件下，当库区范围d/d0=3.0时，消能墩高度设置为1.2米（设计水深1.5米），分流墩夹角设置为90°布置，从而使各流道流量分配比达到24.38%至25.66%，显著提升了流量分配的均匀性。进一步地，在狭窄地形适用工况条件下，当前池库区范围增大或引渠宽度增加且来流流量增加时，可将消能墩高度增至1.35米至1.5米，以补偿库区不足；同时，分流墩数量可增至6个或8个，通过对称分布进一步优化流态。

7、本实用新型的有益效果是：

8、本实用新型通过上述技术方案，解决了传统设计中存在的旋流、壅水、负压空蚀及流量分配不均等问题，具有显著的技术优势和社会经济效益。具体而言，所述消能结构与整流结构的组合使用显著提高了环形堰的泄流能力，避免了水流贴壁流动的现象。进一步地，优化后的结构能够有效控制库区水位，降低引渠壅水风险，避免溢流事故发生。特别地，相比传统对称库区设计方案，本实用新型可有效减少进流前池及库区的开挖量，特别是在狭窄地形条件下具有显著经济效益。此外，本实用新型特别适用于黄土坮塬等湿陷性地区，能够有效避免泄洪溢流事故，保障工程安全。

9、综上所述，本实用新型通过在单侧集中进流竖井溢洪道中设置消能墩和整流墩，提出了具体的实现方式，解决了传统设计中的关键技术问题。所述技术方案的实施细节明确，能够指导本领域技术人员按照所述描述实现相关技术目标。

1.一种单侧集中进流竖井溢洪道的整流结构，包括环形堰（1）、进流槽（2）、泄流管（3），所述进流槽（2）设置于所述环形堰（1）的一侧，所述泄流管（3）设置于所述环形堰（1）的下端中部，其特征在于：所述环形堰（1）内设置有消能结构和整流结构；

2.根据权利要求1所述的单侧集中进流竖井溢洪道的整流结构，其特征在于：所述消能墩（4）为楔形头部结构。

3.根据权利要求1所述的单侧集中进流竖井溢洪道的整流结构，其特征在于：所述整流结构由多个整流墩（5）组成，多个所述整流墩（5）均匀分布环形设置于所述环形堰（1）内的底部，并环形围绕设置于所述泄流管（3）的入口位置。

4.根据权利要求3所述的单侧集中进流竖井溢洪道的整流结构，其特征在于：所述整流墩（5）的间距根据流速设置，各流道流量分配极差≤5%。